机械学院机械设计实验指导书

1、南昌工程学院机械设计实验指导书习俊梅南 昌 工 程 学 院2012 年 10 月前 言机械设计是高等院校机械类专业的一门技术基础课。实验课是其中一个重要教学环节。通过实验教学使学生了解机器是由机构组成的，了解机器基本组成要素机械零件在各类机械中的功用及性能，以便更好的学习机械设计课程，为学习专业设备中的机械部分提供必要的基础。为了搞好本课程的实验教学，我们挑选了机构与机械零件认识、螺栓联接、带传动和减速器结构分析及拆装等实验供任课教师根据不同专业选选择。本指导书中术语、名词、计量单位等全部符合国家最新标准。由于水平有限，书中错误和不适之处敬请广大教师和同学提出批评指导。目 录实验一：机械零件认

2、识实验实验二：thmb型螺栓组联接综合实验台静态实验实验三：带传动实验 实验四：减速器结构分析及拆装实验 实验一 机械零件认识实验一、实验目的1.初步了解各种常用零件的结构、类型、特点及应用实例。2.增强学生对机构与机器的感性认识。3.了解各种标准零件的结构形式及相关的国家标准；了解各种传动的特点及应用；了解各种常用的润滑剂及相关的国家标准。二、实验内容陈列室展示各种常用机构和机械零件的模型，通过模型的动态展示，增强学生对机构与机器的感性认识。实验教师只作简单介绍，提出问题，供学生思考，学生通过观察，增加对常用机构和常用零件的结构、类型、特点的理解，培养对课程理论学习和专业方向的兴趣。三、实验

3、设备和工具机构陈列室机构展柜和各种机构和常用机械零件模型。四、实验原理 机械零件（一）螺纹联接螺纹联接是利用螺纹零件工作的，主要用作紧固零件。基本要求是保证联接强度及联接可靠性，同学们应了解如下内容：1螺纹的种类：常用的螺纹主要有普通螺纹、米制锥螺纹、管螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿螺纹。前三种主要用于联接，后三种主要用于传动。除矩形螺纹外，都已标准化。除管螺纹保留英制外，其余都采用米制螺纹。2螺纹联接的基本类型：常用的有普通螺栓联接，双头螺柱联接、螺钉联接及紧定螺钉联接。除此之外，还有一些特殊结构联接。如专门用于将机座或机架固定在地基上的地脚螺栓联接，装在大型零部件的顶盖或机器外壳上便于起吊

4、用的吊环螺钉联接及应用在设备中的t型槽螺栓联接等。3螺纹联接的防松：防松的根本问题在于防止螺旋副在受载时发生相对转动。防松的方法，按其工作原理可分为摩擦防松、机械防松及铆冲防松等。摩擦防松简单、方便，但没有机械防松可靠。对重要联接，特别是在机器内部的不易检查的联接，应采机械防松。常见的摩擦防松方法有对顶螺母，弹簧垫圈及自锁螺母等；机械防松方法有开口销与六角开槽螺母、止动垫圈及串联钢丝等；铆冲防松主要是将螺母拧紧后把螺栓未端伸出部分铆死，或利用冲头在螺栓未端与螺母的旋合处打冲，利用冲点防松。4提高螺纹联接强度的措施1）受轴向变载荷的紧螺栓联接，一般是因疲劳而破坏。为了提高疲劳强度，减小螺栓的刚度

5、，可适当增加螺栓长度，或采用腰状杆螺栓与空心螺栓。2）不论螺栓联接的结构如何，所受的拉力都是通过螺栓和螺母的螺纹牙相接触来传递的，由于螺栓和螺母的刚度与变形的性质不同，各圈螺纹牙上的受力也是不同的。为了改善螺纹牙上的载荷分布不均程度，常用悬置螺母或采用钢丝螺套来减小螺栓旋合段本来受力较大的几圈螺纹牙的受力面。3）为了提高螺纹联连强度，还应减小螺栓头和螺栓杆的过渡处所产生的应力集中。为了减小应力集中的程度，可采用较大的过渡圆角和卸载结构。在设计、制造和装配上应力求避免螺纹联接产生附加弯曲应力，以免降低螺栓强度；4）再就是采用合理的制造工艺方法，来提高螺栓的疲劳强度。如采用冷镦螺栓头部和滚压螺纹的

6、工艺方法或用采用表面氮化、氰化、喷丸等处理工艺都是有效方法。在掌握上述内容，通过参观螺纹联接展柜，同学应区分出：什么是普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹和锯齿螺纹；能认识什么是普通螺纹、双头螺纹、螺钉及紧定螺钉联接；能认识摩擦防松与机械防松的零件；了解联接螺栓的光杆部分做得比较细的原因是什么等问题。（二）标准联接零件标准联接零件一般是由专业企业按国标（gb）成批生产，供应市场的零件。这类零件的结构形式和尺寸都已标准化，设计时可根据有关标准选用。通过实验学生们要能区分螺栓与螺钉；能了解各种标准化零件的结构特点，使用情况；了解各类零件有那些标准代号，以提高学生们对标准化意识。1螺栓：一般是与螺母配合使用以

7、联接被联接零件，无需在被联接的零件上加工螺纹，其联接结构简单，装拆方便，种类较多，应用最广泛。其国家标准有：gb57825786六角头螺栓、gb31.131.3六角头带孔螺栓、gb8方头螺栓、gb27六角头铰制孔用螺栓、gb37 t形槽用螺栓、gb799地脚螺栓及gb897900双头螺栓等。2螺钉：螺钉联接不用螺母，而是紧定在被联接件之一的螺纹孔中，其结构与螺栓相同，但头部形状较多以适应不同装配要求。常用于结构紧凑场合。其国家标准有：gb65开槽圆柱头螺钉；gb67开槽盘头螺钉；gb68开槽沉头螺钉；gb818十字槽盘头螺钉；gb819十字槽沉头螺钉；gb820十字槽半沉头螺钉；gb70内六角

8、圆柱头螺钉；gb71开槽锥端紧定螺钉；gb73开槽平端紧定螺钉；gb74开槽凹端紧定螺钉；gb75开槽长圆柱端紧定螺钉；gb834滚花高头螺钉；gb7780各种内六角紧定螺钉；gb8386各类方头紧定螺钉；gb845847各类十字自攻螺钉；gb52825284各类开槽自攻螺钉；gb65606561各类十字头自攻锁紧螺钉；gb825吊环螺钉等。3螺母：螺母形式很多，按形状可分为六角螺母、四方螺母及圆螺母；按联接用途可分为普通螺母，锁紧螺母及悬置螺母等。应用最广泛的是六角螺母及普通螺母。其国家标准有：gb61706171、gb61756176 1型及2型a、b级六角螺母；gb41 1型c级螺母；g

9、b6172a、b级六角薄螺母；gb6173a、b六角薄型细牙螺母；gb6178、gb6180 1、2型a、b级六角开槽螺母；gb9457、gb9458 1、2型，a、b级六角开槽细牙螺母；gb56六角厚螺母；gb6184六角锁紧螺母；gb39方螺母；gb806滚花高螺母；gb923盖形螺母；gb805扣紧螺母；gb812、gb810圆螺母及小圆螺母；gb62蝶形螺母等。4垫圈：垫圈种类有平垫、弹簧垫及锁紧垫圈等。平垫圈主要用于保护被联接件的支承面，弹簧及锁紧垫圈主要用于摩擦和机械防松场合，其国家标准有：gb97.197.2、gb9596、gb848、gb5287各类大、小及特大平垫圈；gb85

10、2工字钢用方斜垫圈；gb853槽钢用方斜垫圈；gb861.1及gb862.1内齿、外齿锁紧垫圈；gb93、gb7244、gb859各种类弹簧垫圈；gb854855单耳、双耳止动垫圈；gb856外舌止动垫圈；gb858圆螺母止动垫圈。5挡圈：常用于轴端零件固定之用。其国家标准有：gb891892螺钉、螺栓紧固轴端挡圈；gb893.1893.2a型b型孔用弹性挡圈；gb894.1894.2a型b型轴用弹性挡圈；gb895.1895.2孔用、轴用钢丝挡圈；gb886轴肩挡圈等。（三）键、花键及销联接1键联接：键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩，有的还能实现轴上零件的轴向固

11、定或轴向滑动的导向。其主要类型有：平键联接、楔键联接和切向键联接。各类键使用的场合不同，键槽的加工工艺也不同。可根据键联接的结构特点，使用要求和工作条件来选择，键的尺寸则应符合标准规格和强度要求来取定。其国家标准有：gb10961099各类普通平键、导向键及各类半圆键；gb15631566各类楔键、切向键及薄型平键等。2花键联接：花键联接是由外花键和内花键组成。适用于定心精度要求高、裁荷大或经常滑移的联接。花键联接的齿数、尺寸，配合等均按标准选取，可用于静联接或动联接。按其齿形可分为矩形花键（gb1144）和渐线形花键（gb3478.1），前一种由于多齿工作，承载能力高、对中性好、导向性好、齿

12、根较浅、应力集中较小、轴与毂强度削弱小等优点，广泛应用在飞机、汽车、拖拉机、机床及农业机械传动装置中；渐形线花键联接，受载时齿上有径向力，能起到定心作用，使各齿受力均匀，强度、寿命长等特点，主要用于载荷较大、定心精度要求较高以及尺寸较大的联接。3销联接：销主要用来固定零件之间的相对位置时，称为定位销，它是组合加工和装配时的重要辅助零件；用于接接时，称为联接销，可传递不大的载荷；作为安全装置中的过载剪断元件时，称为安全销。销有多种类型，如圆锥销、槽销、销轴和开口销等，这些均已标准化，主要国标代号有：gb119、gb20、gb878、gb879、gb117、gb118、gb881、gb877等。各

13、种销都有各自的特点，如：圆柱销多次拆装会降低定位精度和可靠性；锥销在受横向力时可以自锁，安装方便，定位精度高，多次拆装不影响定位精度等。以上几种联接，通过展柜的参观同学们要仔细观察其结构，使用场合，并能分清和认识以上各类零件。（四）机械传动机械传动有螺旋传动、带传动、链传动、齿传动及蜗杆传动等。各种传动都有不同的特点和使用范围，这些传动知识同学们在学习“机械设计”课程中都有要详细讲授。在这里主要通过实物观察，增加同学们对各种机械传动知识的感性认识，为今后理论学习及课程设计打下良好基础。1螺旋传动：螺旋传动是利用螺纹零件工作的，作为传动件要求保证螺旋副的传动精度，效率和磨损寿命等。其螺纹种类有矩

14、形螺纹、梯形螺纹、锯齿螺纹等。按其用途可分传力螺旋、传导螺旋及调整螺旋三种；按摩擦性质不同可分为滑动螺旋、滚动螺旋及静压螺旋等。滑动螺旋常为半干摩擦，摩擦阻力大、传动效率低（一般为3060%）；但其结构简单，加工方便，易于自锁，运转平稳，但在低速时可能出现爬行；其螺纹有侧向间隙，反向时有空行程，定位精度和轴向刚度较差，要提高精度必须采用消隙机构；磨损快。滑动螺旋应用于传力或调整螺旋时，要求自锁，常采用单线螺纹；用于传导时，为了提高传动效率及直线运动速度，常采用多线螺纹（线数n=34）。滑动螺旋主要应用于金属切削机床进给；分度机构的传导螺纹，摩擦压力机及千斤顶的传动。滚动螺旋因螺旋中含有滚珠或滚

15、子，在传动时摩擦阻力小，传动效率高（一般在90%以上）；起动力矩小，传动灵活、工作寿命长等优点，但结构复杂制造较难；滚动螺旋具有传动可逆性（可以把旋转动变为直线运动，也可把直线运动变成转运动），为了避免螺旋副受载时逆转，应设置防止逆转的机构；其运转平稳，起动时无颤动，低速时不爬行；螺母与螺杆经调整预紧后，可得到很高的定位精度（6m/0.3m）和重复定位精度（可达12m），并可提高轴的刚度；其工作寿命长、不易发生故障，但抗冲击性能较差。主要用在金属切削精密机床和数控机床、测试机械、仪表的传导螺旋和调整螺旋及起重、升降机构和汽车、拖拉机转向机构的传力螺旋；飞机、导弹、船舶、铁路等自控系统的传导和传

16、力螺旋上。静压螺旋是为了降低螺旋传动的摩擦，提高传动效率，并增强螺旋传动的刚性的抗振性能，将静压原理应用于螺旋传动中，制成静压螺旋。因为静压螺旋是液体摩擦，摩擦阻力小，传动效率高（可达99%），但螺母结构复杂；其具有传动的可逆性，必要时应设置防止逆转的机构；工作稳定，无爬行现象；反向时无空行程，定位精度高，并有较高轴向刚度；磨损小及寿命长等特点。使用时需要一套压力稳定、温度恒定、有精滤装置的供油系统。主要用于精密机床进给，分度机构的传导螺旋。2.带传动：是带被张紧（预紧力）而压在两个带轮上，主动轮带轮通过摩擦带动带以后，再通过摩擦带动从动带轮转动。它具有传动中心距大、结构简单、超载打滑（减速）

17、等特点。常有平带传动、v型带传动，多楔带及同步带传动等。平带传动结构最简单，带轮容易制造。在传动中心距较大的情况下应用较多；v型带为一整圈，无接缝，故质量均匀，在同样张紧力下，v型带较平带传动能产生更大的摩擦力，再加上传动比较大、结构紧凑，并标准化生产，因而应用广泛；多楔带传动兼有平带和v型带传动的优点，柔性好、摩擦力大、能传递的功率大，并能解决多根v型带长短不一使各带受力不均匀的问题。主要用于传递功率较大而结构要求紧凑的场合，传动比可达10，带速可达40m/s。同步带是沿纵向制有很多齿，带轮轮面也制有相应齿，它是靠齿的啮合进行传动，可使带与轮的速度一致等特点。3.链传动：是由主动链轮齿带动链

18、以后，又通过链带动从动链轮，属于带有中间挠性件的啮合传动。与属于摩擦传动的带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，能保持准确的平均传动比，传动效率高。按用途不同可分为传动链传动、输送链传动和起重链传动。输送链和起重链主要用在运输和起重机械中，而在一般机械传动中，常用的传动链。传动链有短节距精密滚子链（简称滚子链），齿形链等。在滚子链中为使传动平稳，结构紧凑，宜选用小节距单排链，当速度高、功率大时则选用小节距多排链。齿形链又称无声链，它是由一级带有两个齿的链板左右交错并列铰链而成。齿形链设有导板，以防止链条在工作时发生侧向窜动。与滚子链相比，齿形链传动平稳、无噪声、承受冲击性能好、工作可靠。链轮

19、是链传动的主要零件，链轮齿形已标准化(gb1244、gb10855)链轮设计主要是确定其结构尺寸，选择材料及热处理方法等。4.齿轮传动：齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，型式多、应用广泛。其主要特点是：效率高、结构紧凑、工作可靠、传动比稳定等。可做成开式、半开式及封闭式传动。失效形式主要有轮齿折断、齿面点锈、齿面磨损、齿面胶合及塑性变形等。常用的渐开线齿轮有直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动、标准锥齿齿轮传动、圆弧齿圆柱齿传动等。齿轮传动啮合方式有内啮合、外啮合、齿轮与齿条啮合等。参观时一定要了解各种齿轮特征，主要参数的名称及几种失效形式的主要特征，使实验在真正意义上的与理论教学上产生互补

20、作用。5.蜗杆传动：蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动机构，两轴线交错的夹角可为任意角，常用的为90。蜗杆传动有下述特点：当使用单头蜗杆（相当于单线螺纹）时，蜗杆旋转一周，蜗轮只转过一个齿距，因此能实现大传动比。在动力传动中，一般传动比i=580；在分度机构或手动机构 的传动中，传动比可达300；若只传递运动，传动比可达1000。由于传动比大，零件数目又少，因而结构很紧凑。在传动中，蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，与蜗轮啮合是逐渐进入与逐渐退出，故冲击载荷小，传动平衡，噪声低；但当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动便具有自锁；再就是蜗杆传动与螺旋传动相似，在啮合处的

21、有相对滑动，当速度很大，工作条件不够良好时会产生严重摩擦与磨损，引起发热，摩擦损失较大，效率低。根据蜗杆形状不同，分为圆柱蜗杆传动，环面蜗杆传动和锥面蜗杆传动。通过实验同学应了解蜗杆传动结构及蜗杆减速器种类和形式。(五)轴系零、部件1.轴承：轴承是现代机器中广泛应用的部件之一。轴承根据摩擦性质不同分为滚动轴承和滑动轴承两大类。滚动轴承由于摩擦系数小，起动阻力小，而且它已标准化(标准代号有：gb /t281、gb/t276、gb/t288、gb/t292、gb/t285、gb/t5801、gb/t297、gb/t301及gb/t4663、gb/t5859等)，选用，润滑、维护都很方便，因此在一般

22、机器应用较广。滑动轴承按其承受载荷方向的不同分为径向滑动轴承和止推轴承；按润滑表面状态不同又可分为液体润滑轴承、不完全液体润滑轴承及无润滑轴承(指工作时不加润滑剂)；根据液体润滑承载机理不同，又可分为液体动力润滑轴承(简称液体动压轴承)和液体静压润滑轴承(简称液体静压轴承)。轴承理论课程，将详细讲授机理、结构、材料等，并且还有实验与之相配合，这次实验同学们主要要了解各类，各种轴承的结构及特征，扩大自己的眼界。2轴：轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件(如齿轮、蜗轮等)，都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。按承受载荷的不同，可分为

23、转轴、心轴和传动轴三类；按轴线形状不同，可分为曲轴和直轴两大类，直轴又可分为光轴和阶梯轴。光轴形状简单，加工容易，应力集中源少，但轴上的零件不易装配及定位；阶梯轴正好与光轴相反。所以光轴主要用于心轴和传动轴，阶梯轴则常用于转轴；此外，还有一种钢丝软轴(挠性轴)，它可以把回转运动灵活地传到不开敞的空间位置。轴的失效形式主要是疲劳断裂和磨损。防止失效的措施是：从结构设计上力求降低应力集中(如减小直径差，加大过渡圆半径等，可详看实物)再就是提高轴的表面品质，包括降低轴的表面粗糙度，对轴进行热处理或表面强化处等。轴上零件的固定，主要是轴向和周向固定。轴向固定可采用轴肩、轴环、套筒、挡圈、圆锥面、圆螺母

24、、轴端挡圈、轴端挡板、弹簧挡圈、紧定螺钉方式；周向固定可采用平键、楔键、切向键，花键、圆柱销、圆锥销及过盈配合等联连方式。轴看似简单，但轴的知识，内容都比较丰富，完全掌握是很不容易。只有通过理论学习及实践知识的积累(多看、多观察)逐步掌握。(六)弹簧弹簧是一种弹性元件，它可以在载荷作用产生较大的弹性变形。在各类机械中应用十分广泛。主要应用于：1.控制机构的运动，如制动器、离合器中的控制弹簧，内燃机气缸的阀门弹簧等。2.减振和缓冲，如汽车、火车车厢下的减振簧，及各种缓冲器用的弹簧等。3.储存及输出能量，如钟表弹簧，枪内弹簧等。4.测量力的大小，如测力器和弹簧秤中的弹簧等。弹簧的种类比较多，按承受

25、的载荷不同可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧及弯曲弹簧四种；按形状不同又可分为螺旋弹簧、环形弹簧、碟形弹簧、板簧和平面涡卷弹簧等，观看时要看清各种弹簧的结构、材料，并能与名称对应起来。(七)润滑剂及密封1.润滑剂：在摩擦面间加入润滑剂不仅可以降低摩擦，减轻磨损，保护零件不遭锈蚀，而且在采用循环润滑时还能起到散热降温的作用。由于液体的不可压缩性，润滑油膜还具有缓冲、吸振的能力。使用膏状润滑脂，既可防止内部的润滑剂外泄，又可阻止外部杂质侵入，避免加剧零件的磨损，起到密封作用。润滑剂可分为气体、液体，半固体和固体四种基本类型。在液体润滑剂中应用最广泛的是润滑油，包括矿物油、动植物油、合成油和各种乳剂

26、。半固体润滑剂主要是指各种润滑脂，它是润滑油和稠化剂的稳定混合物。固体润油剂是任何可以形成固体膜以减少摩擦阻力的物质，如石墨、三硫化钼、聚四氟乙烯等。任何气体都可作为气体润滑剂，其中用的最多的是空气，主要用在气体轴承中。各类润滑剂润滑原理，性能教课中都会讲授。液体、半固体润滑剂，在生产中其成份及各种分类(品种)都是严格按照国家有关标准进行生产。学生们不但要了解展柜展出油剂，脂剂各种实物，润滑方法与润滑装置，还应了解其相关国家标准，如润滑油的粘度等级gb3141标准；石油产品及润滑剂的总分类gb498标准；润滑剂gb7631.17631.8标准等。国家标准中油剂共有20大组类、70余个品种，脂剂

27、有14个种类品种等。2.密封机器在运转过程中及气动、液压传动中需润滑剂、气、油润滑、冷却、传力保压等，在零件的接合面、轴的伸出端等处容易产生油、脂、水、气等渗漏。为了防止这些渗漏，在这些地方常要采用一些密封的措施。但密封方法和类型很多。如填料密封，机械密封、o形圈密封，迷宫式密封、离心密封、螺旋密封等。这些密封广泛应用在泵、水轮机、阀、压气机、轴承、活塞等部件的密封中。学生们在参观时应认清各类密零件及应用场合。五、实验方法和步骤1、 认真阅读和掌握教材中相关部分的理论知识；2、 现场观察各种零部件结构和各种机构模型及其运动规律和特点，听录音和实验教师讲解；3、 认真完成实验报告。六、实验报告主

28、要内容及要求1、根据现场观察结果，分析至少六种常见机械零部件，包括结构特点、材料、主要失效形式、主要应用。七、实验注意事项实验中应严格遵守实验室实验规则。各种模型观察和分析后，放回原处，不得损坏或任意放置。八、思考题1.机构连接分为几类？各有何特点？常用连接件有那些？2.传动分为几类？常用机械传动有那些？3. 常用轴系零部件有那些？实验二：thmb型螺栓组联接综合实验台静态实验一、产品概述本装置的加载臂和机座用对称分布的螺栓联接，当加载臂承受垂直负载时，通过对螺栓应力与变形的检测，可让学生了解螺栓组在承受倾覆力矩时的变化规律。适合各大、中专院校机械设计课程的实验教学需要。二、实验装置1.配置及

29、技术性能1）输入电源：单相三线 ac220v10% 50hz；2）电流型漏电保护，in 30ma，动作时间0.1s，容量10a；3）工作环境：温度 -10+40 相对湿度85%（25）海拔4000m；4）螺栓10根：采用40cr材质，中段直径6.5mm；5）静态电阻应变仪1台：箱式结构，12路测量通道；6）实验桌采用铁质双层亚光密纹喷塑结构，铸件平板台面，铝质面板。设有带锁储存柜，可放置配件及资料等。实验桌还设有四个万向轮，便于移动和固定。2.实验要求1）实验前预习实验指导书和教科书中有关本实验的相关内容；2）实验中按指导教师要求和实验指导书中实验步骤进行实验，注意观察实验中各螺栓载荷的变化情

30、况，并能用螺栓组联接受力分析理论解释其现象。3.实验设备1）螺栓组实验台 一台2）计算机 一台3）静态电阻应变仪 一台三、实验目的1.在受倾覆力矩时螺栓组联接中各螺栓的受力情况；2.螺栓相对刚度系数即被加载臂间垫片材料对螺栓受力的影响；3.单个螺栓预紧力的大小对螺栓组中其它各螺栓受力的影响；4.了解和部分掌握电阻应变片技术、计算机技术在力测量中的应用。从而验证螺栓组联接受力分析理论和现代测量技术在机械设计中的应用。四、实验原理图11.机座 2.测试螺栓 3.橡胶垫片 4.加载臂 5.双级加载杠杆 多功能螺栓组联接实验装置如（图一）所示，机座1和加载臂4被双排共10根测试螺栓2联接，联接面间加入

31、垫片（硬橡胶板），砝码6的重力通过5双级杠杆加载系统（175）增力作用到加载臂4上，加载臂受到翻转力矩的作用，螺栓组联接受横向载荷和倾覆力矩联合作用，各个螺栓所受轴向力不同。在各个螺栓上粘有电阻应变片，可在螺栓中段测试部位的任一侧粘一片，各个螺栓的受力可通过粘在其上的电阻应变片的变形，用电阻应变仪检测得到。静态电阻应变仪的工作原理主要有测量桥、桥压、滤波器、a/d转换器、mcu、键盘和显示屏组成。公式中：工作片平衡电压差e桥压k电阻应变系数应变值当工作电阻片由于螺栓受力变形，长度变化时，其阻值也要变化，并且/r正比于/l, 使测量桥失去平衡。通过应变仪测量出的变化，测量出螺栓的应变值。电阻应变

32、仪的组成主要有测量桥、读书桥和毫安表等。工作应变仪和补偿电阻应变片分别接入电阻应变仪测量桥的一个臂，当工作电阻片由于螺栓受力变形，长度变换时时，其电阻值也要变化，并且/r正比于/l，使测量桥失去平衡，使毫安表恢复零点，读出读数桥的调节量及被测螺栓的应变量。五、实验方法与步骤1.实验方法1）仪器连线用导线从实验台的接线柱上把各个螺栓的应变片引出端及补偿片的联线连接到电阻应变仪上。采用半桥测量的方法，每个螺栓上对称两侧各粘贴应变片，可消除螺栓偏心受力的影响。其连线如图2所示：图22）螺栓初预紧抬起杠杆加载系统，使加载系统的自重不加载到螺栓组加载臂上，用手将右端各个螺母拧紧，然后把左端的各个螺母尽力

33、旋紧。（如果在实验前螺栓已经受力，则应将其拧松后再做初预紧）。3）应变测量点预调平衡以各螺栓初预紧后的状态为初始状态，先将杠杆加载系统安装好，使加载砝码的重力通过杠杆放大，加到加载臂上；然后再进行各个螺栓应变测量的“调零”（预调平衡），即把应变仪上各测量点的应变量都调到“零”读数。4）螺栓预紧实现预调平衡之后，再用扳手拧螺栓左端的螺母来增加预紧力。为防止预紧时螺栓测试端受到扭矩产生扭转变形，在螺栓的右端设有“腰形孔”，它嵌入加载臂吻合面的槽内，以平衡拧紧力矩。在预紧过程中，为防止各螺栓预紧变形的影响，各螺栓应先后交叉并重复预紧（可按1、10、5、6、7、4、2、9、8、3），使螺栓均预紧到相同

34、的设定应变量（应变量显示为）。因此，要反复调整预紧34次或更多。在预紧过程中，用应变仪来检测。螺栓预紧后，加载杠杆一般会呈左端上翘状态。5）加载实验完成螺栓预紧后，在杠杆加载系统上依次增加砝码，实现逐步加载。加载后，记录各螺栓的应变值（据此计算各螺栓的总拉力）。注意：加载后，任一螺栓的总应变值（预紧应变+工作应变）不应超过允许的最大应变值（），以免螺栓超载损坏。2.实验步骤1）检查各螺栓处于卸载状态。2)打开静态电阻应变仪，显示pc 013）在计算机上运行“螺栓组实验”软件，点击【进入螺栓组实验】，进入螺栓组实验界面。检查各参数是否正确。（一般不需要修改）；检查串口连接及波特率设置是否正确。（

35、一般不需要修改）；4）在不加载的情况下（将加载杆立起来，不加载到连接件上），先用手拧紧螺栓组左端各螺母，再用手拧紧右端各螺母，实现螺栓初预紧，点击【基准校零】把应变仪上各个测量点的应变量都调到“零”实现预紧平衡，校零成功后点击【读全通道预紧值】查看各通道值是否在零值附近（10），如果有部分通道与零相距较远，则重新校零（方法：分别点击【预紧确认】【预紧数据清零】【基准校零】）（可反复2-3次）。5）点击【读全通道预紧值】后用扳手交叉重复拧紧各螺栓右端螺母（可安照1、10、5、6、7、4、2、9、8、3依次进行）使螺栓预紧，边预紧边观察对应螺栓的预紧数据框，为使各螺栓受力均匀，可分两步进行，先使各

36、螺栓均预紧到相同的预紧应变量（电脑显示值为=100为宜，误差在1015），再使各螺栓均预紧到相同的设定预紧应变量（电脑显示值为=200为宜，误差在35）后，点击【预紧确认】。6）放下加载杠杆，加载砝码，等稳定后点击【负荷1实验】键，读出所有螺栓负荷数据1应变值，【负荷1实验】键变为【负荷2实验】。点击【负荷2实验】键，读出所有螺栓负荷数据2应变值，【负荷2实验】键变为【负荷3实验】。点击【负荷3实验】框，读出所有螺栓负荷应变值，则点击【实验结束】，【绘制受力图】键变亮。7）点击【绘制受力图】后，绘制总拉力和负荷拉力受力图，【实验报告】键变亮。8）点击【实验报告】后，生成word文档实验报告，可

37、打印。9）测试完毕后，逐步卸载，并去除预紧。六、实验结果处理与分析1）实验总拉力受力图:2）实验负荷拉力受力图:（由于实验台结构不同和应变的灵敏系数有所差异，通过加载系统放大倍数后，作用在螺栓上的力产生差异。所以在进行实验时，不同的实验台所采集到的数据有所不同。）1）螺栓组联接实测工作载荷图根据实测记录的各螺栓的应变量，计算各螺栓所受的总拉力:式中：-螺栓材料弹性模量（）-螺栓测试段的截面积（）-第i个螺栓在倾覆力矩作用下的拉伸变量根据绘出螺栓组联接实测工作载荷图2）螺栓组联接受力理论计算砝码加载后，螺栓组受到横向力和倾覆力矩的作用，即：式中：-加载砝码重力（n）-杠杆系统自重折算的载荷（80

38、8n）-力臂长（0.1595m）在倾覆力矩作用下，各螺栓所受到的工作载荷：式中：z-螺栓个数-螺栓中的最大拉力-螺栓轴线到底板翻转轴线的矩。七、实验报告1、实验三 带传动特性的测定与分析一、 概述带传动通常是由主动轮、从动轮和张紧在两轮上的环形所组成。根据传动原理不同，带传动可分为摩擦传动型和啮合传动型两大类。本实验台的带传动是靠带与带轮间的摩擦力来传递运动和动力的。在传递转矩时带在传动过程中紧边与松边所受到的拉力不同，因此，在带与带轮间会产生弹性滑动。这种弹性滑动是不可避免的。当带传动的负载增大到一定程度时，带与带轮间会产生打滑现象。通过本实验台，可以观察带传动的弹性滑动和打滑现象，形象地了

39、解带传动的弹性滑动、打滑现象与有效拉力的关系，掌握带传动的滑差率及效率的测试方法。二、 实验目的1 了解实验台结构原理及带传动效率的测试方法。2 观察带传动中的弹性滑动和打滑现象。3 测定滑差率和传动效率，绘制滑动曲线及效率曲线。三、 实验台及带传动原理说明(一) 实验台的主要技术参数1 输入电源：单相三线 ac220v10% 50hz2 设有电流型漏电保护，in 30ma，动作时间0.1s，容量10a3 电机额定功率：80w4 主动电机调速范围：01500r/min5 额定转矩：t=0.51nm(二) 实验台电源仪表控制部分操作说明本实验台由电源仪表控制部分和机械部分两部分组成。电源仪表控制

40、部分包括电源总开关（即漏电保护器）、电源指示灯、两只数显转速表、两只数显转矩表、控制按键和电机调速部分。1. 实验前先将实验台左后侧的单相电源线插头与实验室内电源接通。2. 实验台面板左侧的漏电保护器是整个实验台的电源总开关，打开后，红色指示灯亮，四只数显仪表可以正常显示。3. “功能设定”区有三个按键：“加载”、“清零”、“保持”。“加载”键：可以控制发电机加载的大小，每按一次“加载”键，就会在发电机电枢电路上并联一个负载电阻，使发电机负载逐步增加，电枢电流增大，发电机电磁转矩随之增大，即发电机的负载转矩增大，实现了带传动负载的变化。每按一次“加载”键，对应的“负荷指示”灯就会点亮一个，连续

41、按八次，八个指示灯全亮。继续按第九次时，第一个指示灯亮，其它指示灯不亮，再继续按“加载”键，指示灯会根据按键次数，依次循环点亮。“清零”键：可以控制发电机的卸载，按一次“清零”键，“负荷指示”灯全部熄灭，即发电机所带负载全部卸掉。“保持”键：可以控制实验台面板上数显转速表和转矩表的显示数值变化，便于记录数据。每次加载数据基本稳定后，按一下“保持”键，可使转速和转矩稳定在当时的显示值不变；再按“保持”键可脱离“保持”状态。4. 实验台面板右边是电机调速部分，控制直流电机的转动，由“调速开关”和“电机调速”电位器组成。按下红色“调速开关”按钮，指示灯亮，顺时针旋转“电机调速”电位器，主动电机会带动

42、从动电机顺时针旋转。(三) 实验台的结构特点1 机械结构本实验台的机械部分，主要由两台直流电机组成。其中一台作为原动机，另一台则作为负载的发电机。对原动机，由直流调速器供给电动机电枢以不同的电压实现无级调速。原动机的机座设计成浮动结构（滚动滑槽），与牵引钢丝绳、定滑轮、砝码一起组成带传动预拉力形成机构，改变砝码大小，即可准确预定带传动的预拉力。两台电机均为悬挂支承，由拉力传感器检测主动电机力矩和从动电机力矩，并以数字仪表显示。采用直流调速电路和光电测速电路，对电机进行转速控制，并以数字仪表显示。可分级控制发电机负载大小，能直观的观察到发电机的功率变化。2 结构装置两个直径相同的带轮分别安装在实

43、验台的固定支座和可移动支座上，左边主动带轮由直流电动机驱动，右边从动带轮与发电机相连。实验前，加上张紧砝码通过定滑轮，使移动支座沿滚珠导轨方向左右移动，从而使平带具有一定的初始预紧力。实验时，启动直流电动机后靠平带驱动，使发电机随之转动。3 加载实验过程中带传动上负载的改变是通过改变并联在发电机输出口上的电阻负载来实现加载的。4 转速为了求出不同负载下的带传动的滑差率，必须测出主动轮和从动轮的转速，本实验台上主、从动轮的转速分别通过两套光电式转速传感器测量，由面板上两只数显转速表显示。5 转矩主动带轮的驱动转矩t1和从动带轮的负载转矩t2是通过直流电机外部的反力矩来测定的。当主动电动机启动和从

44、动发电机加负载后，由于定子与转子间磁场的相互左右，电动机的外壳（定子）将朝转子回转的反向（逆时针）反转，而从动发电机的外壳将朝转子回转的同向（顺时针）反转。主动带轮上的转矩（即电动机的输出转矩）和从动带轮的转矩（即输入发电机的转矩）分别通过两个拉力传感器测量，由面板上两只数显转矩表显示。(四) 实验参数计算1. 电机的输出功率可由输出的转矩及转速值计算得到，计算公式为：p=t*n/9550式中：p-输出功率（kw），t-转矩值（nm），n-转速值（r/min）。2. 带传动的滑差率：由于带传动存在弹性滑动，使n2n1，其速度降低程度用滑差率表示：=（n1-n2）/ n1 *100%；式中：n1

45、为主动电机转速、n2为从动电机转速。主、从动带轮转速n1、n2可以从实验台面板上两只转速表读出。3. 带传动的效率：=p2/p1=（t2n2）/（t1n1）*100%，式中：p1为主动电机带轮的输出功率，p2 为从动电机带轮输出功率，t1为主动电机转矩，t2为从动电机转矩。主、从动带轮转矩t1、t2可以从实验台面板上两只转矩表读出。4. 带传动的弹性滑动曲线和效率曲线改变带传动的负载，其t1、t2、n1、n2也会随之改变，这样可以计算出不同的滑差率和效率值，以t2为横坐标，分别以、为纵坐标，可以绘制出弹性滑动曲线和效率曲线。四、 实验步骤 （1）1. 打开电源开关前，应先将“电机调速”电位器逆

46、时针轻旋转到底，电机调速开关应是弹起状态，避免打开电源时电动机突然启动。2. 根据实验要求加初拉力（挂砝码）。3. 打开电源，主、从动带轮的转矩调零。（一般不需要调）；4. 开电机调速开关，顺时针轻调“电机调速”电位器旋钮，电动机启动，逐渐增速，最终将转速稳定在1000 r/min左右。5. 记录空载时（负荷指示灯不亮）主、从动带轮的转速和转矩。6. 按“加载”键一次，加载指示灯亮一个，调整电动机转速，使其保持在预定工作转速内（800 r/min左右），记录主、从动轮的转速和转矩。7. 重复第5步，依次加载并记录数据，直至负荷指示灯全亮为止。8. 根据所记数据作出带传动的滑动曲线（-t2）和效

47、率曲线（-t2）。9. 关闭电源：先将电机转速调至零，再关闭电源。避免以后的使用者因误操作而使电动机突然启动，损坏传感器，以及发生危险。五、 实验步骤 （2电脑软件处理实验数据）1、打开电源开关前，应先将“电机调速”电位器逆时针轻旋转到底，电机调速开关应是弹起状态，避免打开电源时电动机突然启动。2、 根据实验要求加初拉力（挂砝码）。3、 打开电源，主、从动带轮的转矩调零。（一般不需要调）；4、 开电机调速开关，顺时针轻调“电机调速”电位器旋钮，电动机启动，逐渐增速，最终将转速稳定在1000 r/min左右。5、 打开电脑，在计算机上运行“带传动实验”软件，点击【数据采集】，进入带传动实验界面。

48、6、 点击【开始采集】-【曲线开始】-【保存数据】，保存空载时（负荷指示灯不亮）主、从动带轮的转速和转矩。7、 在实验台上按“加载”键一次，加载指示灯亮一个，等待实验台上主、从动带轮的转速和转矩数据稳定后，再点击【开始采集】-【曲线开始】-【保存数据】，保存主、从动轮在负载时的转速和转矩。8、 重复第7步，依次加载并保存数据，直至负荷指示灯全亮为止。9、 点击【曲线绘制界面】-【曲线生成】-【报告生成】，根据所保存数据得到带传动的滑动曲线（-t2）和效率曲线（-t2）。10、 关闭电源：先将电机转速调至零，再关闭电源。避免以后的使用者因误操作而使电动机突然启动，损坏传感器，以及发生危险。注意：

49、1、“带传动实验”软件：登陆号：1 密码：1 2、实验完毕后，应该【退出】“带传动实验”软件界面，而不能直接关闭电脑。六、 思考题1. 实验台上的初拉力是如何加上的，而实际的带传动机械的初拉力（张紧力）是如何加上的，如何调整的？2. 根据实验结果分析带传动的初拉力对带的传动能力有何影响，初拉力过大过小有何不利影响？3. 影响带传动效率的因素有哪些？4. 带传动的弹性滑动和打滑是如何发生的？在实验过程中你如何观察到这两种现象？5. 为什么带传动的传动比随载荷的变化而变化？如何变化的？七、 注意事项 1. 打开电源前要检查是否空载启动，弹簧是否钩住电动机外壳，以防止启动力矩较大而引起翻转，损坏传感

50、器，及发生意外事故。2. 实验前应反复推动主动电机可移动支座，使其运动灵活。3. 关闭电源前要卸掉全部负载；在挂轮架上加一定的砝码，使带张紧。4. 实验台要保持清洁，特别是平带及带轮。如不清洁，可用汽油或酒精清洗，再用干抹布擦干。5. 实验铸件平台要经常维护，喷防锈油，防止生锈。6. 当带加到打滑时，运转时间不要太长，以防止平带过度磨损。八、 实验报告1. 分别把两种初拉力时的转速n1、n2，转矩t1、t2值记录下来，计算出对应的效率及滑差率。第一次初拉力：f1 = 第二次初拉力：f2 = 2. 在同一坐标系中画出不同初拉力下带传动关于转矩t2的效率曲线和滑动曲线。第一次初拉力：f1 = ；第二次初拉力：f2 = 。实验四 单级直齿圆柱齿轮减速